CN217333136U - 隧道安全监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及安全监控技术领域，提出了隧道安全监控系统，包括主控单元、气体监测电路、采样放大电路、声光报警电路和断电控制电路，声光报警电路和断电控制电路均连接主控单元，气体监测电路通过采样放大电路连接主控单元，气体监测电路包括气体传感器U1和多谐振荡器U2，气体传感器U1的输出端连接多谐振荡器U2的触发端，多谐振荡器U2的电源端连接6V电源，多谐振荡器U2的输出端连接采样放大电路的输入端，通过上述技术方案，解决了现有技术中隧道施工对瓦斯或煤尘等可燃气体监控不到位的问题。

Description

隧道安全监控系统

技术领域

本实用新型涉及安全监控技术领域，具体的，涉及隧道安全监控系统。

背景技术

隧道施工是当前我国各个地区公路建设中不可或缺的一部分，由于隧道施工是一项非常复杂的系统工程，有很多不确定的因素会给隧道建设带来很多的安全隐患，在施工的过程中难免会穿越煤层，在此过程中瓦斯或煤尘等可燃气体爆炸是隧道安全施工中的一重大威胁，这种爆炸的危害性极大，突发性也很高，因此对瓦斯或煤尘等可燃气体实时监控是隧道安全施工中首要面临的问题。

实用新型内容

本实用新型提出隧道安全监控系统，通过设置气体监测电路，对隧道施工现场环境进行监控，并通过无线通信单元与终端服务器建立通信连接，解决了现有技术中隧道施工对瓦斯或煤尘等可燃气体监控不到位的问题。

本实用新型的技术方案如下：

隧道安全监控系统，包括主控单元、气体监测电路、采样放大电路、声光报警电路和断电控制电路，所述声光报警电路和所述断电控制电路均连接所述主控单元，所述气体监测电路通过所述采样放大电路连接所述主控单元，所述气体监测电路包括气体传感器U1和多谐振荡器U2，所述气体传感器U1的输出端连接所述多谐振荡器U2的触发端，所述多谐振荡器U2的电源端连接6V电源，所述多谐振荡器U2的输出端连接所述采样放大电路的输入端。

进一步，本实用新型还包括所述采样放大电路，所述采样放大电路包括运放U3、运放U4、运放U5、变阻器RP1和变阻器RP2，所述运放U3的同相输入端连接所述气体监测电路的输出端，所述运放U3的反相输入端依次通过电阻R14和所述变阻器RP1连接所述运放U5的反相输入端，所述运放U5的同相输入端连接所述变阻器RP2的滑动端，所述变阻器RP2的第一端通过电阻R16连接3V电源，所述变阻器RP2的第二端通过电阻R17接地，所述运放U5的输出端通过电阻R18连接所述运放U4的同相输入端，所述运放U3的输出端通过电阻R12连接所述运放U4的反相输入端，所述运放U4的输出端通过电阻R20连接所述主控单元。

进一步，本实用新型还包括所述声光报警电路，所述声光报警电路包括电容C6、电容C7、电阻R23、运放U6、三极管Q3和声光报警器LS1，所述运放U6的同相输入端通过所述电容C7连接所述主控单元，所述运放U6的反相输入端依次通过所述电阻R23和所述电容C6接地，所述运放U6的输出端连接所述三极管Q3的基极，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极通过所述声光报警器LS1连接VDD电源。

进一步，本实用新型包括所述断电控制电路，所述断电控制电路包括电阻R7、三极管Q1、光耦U7、电阻R8、电阻R9、三极管Q2、发光二极管LED1和继电器K1，所述三极管Q1的基极通过所述电阻R7连接所述主控单元，所述三极管Q1发射极接地，所述三极管Q1的集电极连接所述光耦U7的第二输入端，所述光耦U7的第一输入端通过所述电阻R6连接VCC电源，所述光耦U7的第一输出端连接5V电源，所述光耦U7的第二输出端通过所述电阻R9接地，所述光耦U7的第二输出端还通过所述电阻R8连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极连接所述发光二极管LED1的阴极，所述发光二极管LED1的阳极连接5V电源，所述继电器K1的第一输入端连接5V电源，所述继电器K1的第二输入端连接所述三极管Q2的集电极，所述继电器K1的公共端连接电网，所述继电器K1的常闭端连接外围设备。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型中当隧道中的可燃性气体浓度在允许范围内时，气体传感器U1的a端和b端之间的阻值很大，所以导致气体传感器U1的输出端输出的电压非常低，无法让多谐振荡器U2导通，因此多谐振荡器U2的输出端不动作，当隧道中的可燃性气体浓度升高，超过限定值时，气体传感器U1的输出端电压开始上升，当气体传感器U1的输出端电压高于多谐振荡器U2启动电压时，多谐振荡器U2工作，此时多谐振荡器U2会自动产生一个矩形脉冲信号输出给采样放大电路，通过采样放大电路处理输出给主控单元，主控单元通过接收到的信号，在检测到可燃性气体浓度超标的情况下声光报警会发出报警信号，同时断电控制电路切断外围设备的电源，强制停机，避免引起爆炸造成更严重的损失。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型原理框图；

图2为本实用新型气体监测电路的电路图；

图3为本实用新型采样放大电路的电路图；

图4为本实用新型声光报警电路的电路图；

图5为本实用新型断电控制电路的电路图；

图6为本实用新型无线通信电路框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1～图2所示，本实施例提出了隧道安全监控系统，包括主控单元、气体监测电路、采样放大电路、声光报警电路和断电控制电路，声光报警电路和断电控制电路均连接主控单元，气体监测电路通过采样放大电路连接主控单元，气体监测电路包括气体传感器U1和多谐振荡器U2，气体传感器U1的输出端连接多谐振荡器U2的触发端，多谐振荡器U2的电源端连接6V电源，多谐振荡器U2的输出端连接采样放大电路的输入端。

当隧道中的可燃性气体浓度在允许范围内时，气体传感器U1的a端和b端之间的阻值很大，所以导致气体传感器U1的输出端输出的电压非常低，以至于无法让多谐振荡器U2导通，因此多谐振荡器U2的输出端不动作，当隧道中的可燃性气体浓度升高，使隧道中的可燃性气体浓度超过限定值时，气体传感器U1的输出端电压开始上升，当气体传感器U1的输出端电压高于多谐振荡器U2启动电压时，多谐振荡器U2工作，此时多谐振荡器U2会自动产生一个矩形脉冲信号输出给采样放大电路。

进一步，如图3所示，本实施例中包括采样放大电路，采样放大电路包括运放U3、运放U4、运放U5、变阻器RP1和变阻器RP2，运放U3的同相输入端连接气体监测电路的输出端，运放U3的反相输入端依次通过电阻R14和变阻器RP1连接运放U5的反相输入端，运放U5的同相输入端连接变阻器RP2的滑动端，变阻器RP2的第一端通过电阻R16连接3V电源，变阻器RP2的第二端通过电阻R17接地，运放U5的输出端通过电阻R18连接运放U4的同相输入端，运放U3的输出端通过电阻R12连接运放U4的反相输入端，运放U4的输出端通过电阻R20连接主控单元。

由于气体监测电路的输出信号非常微弱，需要进一步放大，以便于微处理器的AD数据采集，采样放大电路由两极差分放大器组成，由运放U3和运放U5组成第一级差分式电路，由运放U4组成第二级差分式电路，经过放大后送主控单元内部的AD变换器转换成数字信号，采样放大电路还可以对气体传感器的精度和灵敏度进行调整，使得精度和准确度提高，通过调整变阻器RP1和变阻器RP2可以对气体传感器的精度和灵敏度进行调整。

进一步，如图4所示，本实施例中包括声光报警电路，声光报警电路包括电容C6、电容C7、电阻R23、运放U6、三极管Q3和声光报警器LS1，运放U6的同相输入端通过电容C7连接主控单元，运放U6的反相输入端依次通过电阻R23和电容C6接地，运放U6的输出端连接三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极通过声光报警器LS1连接VDD电源。

当隧道内的可燃性气体浓度没有超过限定值时，此时声光报警电路的输入端保持低电平状态，三极管Q3不会导通，因此声光报警器LS1不会发出报警信号，当隧道内的可燃性气体浓度超过限定值时，此时主控电路会向声光报警电路的输入端输出一个高电平信号，由运放U6组成的放大器对此高电平信号进行放大，然后再经过由电容C8、电阻R24、二极管D2和电容C9组成整流滤波电路，得到一个比较稳定的电平信号，此时三极管Q3饱和导通，使声光报警器LS1导通发出报警信号，当隧道中的工作人员在听到报警提醒后可以迅速从隧道内撤离，从而保障了隧道中施工人员的人身安全。

进一步，如图5所示，本实施例中包括断电控制电路，断电控制电路包括电阻R7、三极管Q1、光耦U7、电阻R8、电阻R9、三极管Q2、发光二极管LED1和继电器K1，三极管Q1的基极通过电阻R7连接主控单元，三极管Q1发射极接地，三极管Q1的集电极连接光耦U7的第二输入端，光耦U7的第一输入端通过电阻R6连接VCC电源，光耦U7的第一输出端连接5V电源，光耦U7的第二输出端通过电阻R9接地，光耦U7的第二输出端还通过电阻R8连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极连接发光二极管LED1的阴极，发光二极管LED1的阳极连接5V电源，继电器K1的第一输入端连接5V电源，继电器K1的第二输入端连接三极管Q2的集电极，继电器K1的公共端连接电网，继电器K1的常闭端连接外围设备。

当检测到隧道内的可燃性气体浓度超过规定报警值时，主控单元会自动输出一个控制信号使声光报警器点亮报警指示灯，并蜂鸣报警。当隧道内的可燃气性体达到断电浓度数值时，主控单元向三极管Q1的基极输出高电平信号，驱动三极管Q1导通，进一步驱动光耦U7导通，三极管Q2的基极接收到高电平信号导通，驱动发光二极管LED1发光，并驱动继电器K1的常闭端断开，切断外围设备与电网之间的通路，实现强制断电，其中外围设备即为与电网连接，且用于隧道施工设备。

进一步，如图6所示，本实施例中还包括无线通信电路，无线通信电路包括无线通信模块，无线通信模块以串口通信的方式与主控电路之间进行通信，同时无线通信模块还以无线通信网络与主控计算机之间进行连接，当隧道有报警情况发生时，操控主控计算机的相关人员也会及时接到报警信号，以便做出相应紧急措施，防止意外情况的发生。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.隧道安全监控系统，其特征在于，包括主控单元、气体监测电路、采样放大电路、声光报警电路和断电控制电路，所述声光报警电路和所述断电控制电路均连接所述主控单元，所述气体监测电路通过所述采样放大电路连接所述主控单元，所述气体监测电路包括气体传感器U1和多谐振荡器U2，所述气体传感器U1的输出端连接所述多谐振荡器U2的触发端，所述多谐振荡器U2的电源端连接6V电源，所述多谐振荡器U2的输出端连接所述采样放大电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的隧道安全监控系统，其特征在于，所述采样放大电路包括运放U3、运放U4、运放U5、变阻器RP1和变阻器RP2，所述运放U3的同相输入端连接所述气体监测电路的输出端，所述运放U3的反相输入端依次通过电阻R14和所述变阻器RP1连接所述运放U5的反相输入端，所述运放U5的同相输入端连接所述变阻器RP2的滑动端，所述变阻器RP2的第一端通过电阻R16连接3V电源，所述变阻器RP2的第二端通过电阻R17接地，所述运放U5的输出端通过电阻R18连接所述运放U4的同相输入端，所述运放U3的输出端通过电阻R12连接所述运放U4的反相输入端，所述运放U4的输出端通过电阻R20连接所述主控单元。

3.根据权利要求1所述的隧道安全监控系统，其特征在于，所述声光报警电路包括电容C6、电容C7、电阻R23、运放U6、三极管Q3和声光报警器LS1，所述运放U6的同相输入端通过所述电容C7连接所述主控单元，所述运放U6的反相输入端依次通过所述电阻R23和所述电容C6接地，所述运放U6的输出端连接所述三极管Q3的基极，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极通过所述声光报警器LS1连接VDD电源。

4.根据权利要求1所述的隧道安全监控系统，其特征在于，所述断电控制电路包括电阻R7、三极管Q1、光耦U7、电阻R8、电阻R9、三极管Q2、发光二极管LED1和继电器K1，所述三极管Q1的基极通过所述电阻R7连接所述主控单元，所述三极管Q1发射极接地，所述三极管Q1的集电极连接所述光耦U7的第二输入端，所述光耦U7的第一输入端通过所述电阻R6连接VCC电源，所述光耦U7的第一输出端连接5V电源，所述光耦U7的第二输出端通过所述电阻R9接地，所述光耦U7的第二输出端还通过所述电阻R8连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极连接所述发光二极管LED1的阴极，所述发光二极管LED1的阳极连接5V电源，所述继电器K1的第一输入端连接5V电源，所述继电器K1的第二输入端连接所述三极管Q2的集电极，所述继电器K1的公共端连接电网，所述继电器K1的常闭端连接外围设备。

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